电池极片毛刺导致电池短路的检测方法.docx
电池极片毛刺导致电池短路的检测方法本文作者分析零电压的产生原因，重点分析极片毛刺导致电池零电压的现象，以准确找到短路的原因，精准解决此问题，更好地理解生产过程中极片毛刺管控的重要性。1、实验1.1 电池制备实验电池以银钻铢酸锂材料（NCMI1.1）作为正极活性物质。将正极活性物质、导电剂SP炭黑、黏结剂聚偏氟乙烯PVDF和溶剂NMP按照侦量比66：2：2：30搅拌，制成浆料，涂覆在15m厚的涂碳铝箔上，单面涂覆量为270gm2.将正极极片放置在温度（120±3）C的烤箱中干燥24h,辘压后，极片的压实密度为3.28gcm3o以钛酸锂材料1.i4Ti5O12作为负极活性物质。将负极活性物质、导电剂SP炭黑、黏结剂PVDF和溶剂NMP按照质量比52：2：2：44搅拌，制成浆料，涂覆在15Um厚的涂碳铝箔上，单面涂覆量为214gm2.将负极极片放置在温度（110±3）C的烤箱中干燥24h,掘压后，极片的压实密度为1.85gcm3o干燥后的极片经分切后，极片宽度（136.0±1.0）mm,极片毛刺不超过1211u以IInO1.1.1.iPF6EC+EMC+DMC（体积比1：1：1）为电解液，20Um厚的聚乙烯（PE）多孔隔膜为隔膜，制备66160型电池，容量设计为45Aho卷绕组装后，将铝壳顶盖焊封，将实验电池放置在温度（85±3）°C的烤箱中，干燥24h,再向电芯注液，注液量均为200g。注液后的电池在常温下静置72h,静置结束后，对所有实验电池进行开路电压(OCV)测试,记录电池内阻和电压。1.2 充电测试用交流内阻测试仪进行内阻和电压分析。用5V-50A高精度电池性能检测系统进行充电性能测试。对注液后静置结束的电池进行电压测试时,短路电池的电压为0,即为零电压电池。对零电压电池进行充电测试。在环境温度(25±3)C下，采用1A、2A和3A等不同电流充电,充电结束后，观察电池电压的变化情况。按照电流从小到大、时间由短到长进行实验，充电时间分别设置为5s、10s、25s。1.3 自放电测试采用二次元测试仪进行极片毛刺分析。用交流内阻测试仪进行内阻和电压分析。用5V-50高精度电池性能检测系统测试电性能。用高温箱控制电池温度。化成前的零电压电池，充电后，毛刺熔断，零电压不再出现。对该电池进行正常化成流程测试，化成工艺如下：高温箱温度达到120C后,搁置12Omin：1.OC恒流充电至截止电压2.8V后。转恒压充电,充电截止时间2h：搁置IOmin；1.0C恒流放电至截止电压1.5V后，转恒压放电,放电截止时间2h；搁置IOInin：重复到步骤3次；1.OC恒流充电，充电时间0.7h,再以2.3V恒压充电,截止电流0.45A。对化成后的电池进行自放电测试.采用测试静态电压的方法，测试电压时长不少于两个月。电池在常温(25±5)C下静置24h后，进行开路电压测试并记录。电池继续在常温下静置,一个月、两个月后，再次进行开路电压测试并记录。2、结果与讨论2.1 化成前电池电压对比1A、2A充电过程中及停止充电后的电池电压见图1。从图1可知，零电压电池可近似看作内部存在毛刺短路。该电池可承受Imin内2A以下电流的测试。当充电电流为1A、2A时，由于内部存在毛剌导致的短路，电压达到一个稳定值后不再变化；当停止充电后，电压快速恢复到0。续增大充电电流,将充电电流改为3A,充电时间分别设置为5s、10s、25s,电池的充电测试曲线见图2。从图2可知,当充电电流达到3A时，电池在5s和IOs充电时间下,电压状态与1A、2A充电类似。继续延长充电时间，当充电时间超过IOS后，电压缓慢上升：当充电时间达到20s后，电压快速上升，充电停止后，电压缓慢下降，短时间内没有出现之前的零电压现象。由充电过程中电压变化的速度可知，此时，电池内部的毛刺已因充电产生的热量发生了热熔断。毛刺熔断之前，在充电开始后的1020s内，电压出现一个缓慢上升的阶段。20s后，毛刺熔断，此时电池电压出现快速上升。停止充电后，电池电压缓慢降低。毛刺熔断后，金属杂质仍然残留在电池内部，导致自放电快于正常电池。对该电池进行正常化成后，测试H放电速度。2.2 化成后电池自放电对比实验选取的电池按照1.3节化成工艺进行充放电，步骤结束后,电池荷电状态(SoC)约为80%,在常温下对电池进行自放电测试，并选取正常电池和同批包含杂质电池进行对比，测试数据见表Io从表1可知，毛刺导致的电池自放电现象确实存在，影响了电池的荷电保持能力。采用充电电流分析F1.放电异常的原因，可宜观地反映出制造过程中极片毛刺的异常状况，说明在生产过程中应进一步加强工艺控制要求，及时维护刀具,保证电池的性能，减少安全隐患。毛刺熔断后，极片内部仍存在金属杂质。测量电池分容后的自放电数据可知，正常电池常温下静置一个月后，电压降低约7mV,两个月后，电压降低约IOmV,说明毛刺过大电池的自放电率大于正常电池。结合化成前的电压和分容后的自放电数据分析可知，毛刺过大，将导致电池荷电保持性能出现异常。电池极片存在的毛刺不会完全消失，将长期影响电池的性能。3、结论电池制造过程中，控制极片毛刺大小是一项关键参数。毛刺导致短路后，电池在注液后的电压为0。对毛刺引发的短路电池进行小电流充电，会出现电压恒定不变的现象，当电流达到毛刺熔断值后，电池内部存在金属杂质，会继续影响电池的F1.放电，F1.放电率大于正常电池。该方法可以识别电池制造过程中毛刺引发的电池短路，从而指导在电池生产过程中，加强对分切、模切、卷绕设备进行排查，避免大批量不合格电池的产生。
